RU2112300C1 - Protective mask manufacturing process for nanolithography - Google Patents

Protective mask manufacturing process for nanolithography Download PDF

Info

Publication number
RU2112300C1
RU2112300C1 RU95103451A RU95103451A RU2112300C1 RU 2112300 C1 RU2112300 C1 RU 2112300C1 RU 95103451 A RU95103451 A RU 95103451A RU 95103451 A RU95103451 A RU 95103451A RU 2112300 C1 RU2112300 C1 RU 2112300C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
protective
mask
windows
nanolithography
Prior art date
Application number
RU95103451A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95103451A (en
Inventor
В.Я. Принц
В.А. Селезнев
А.В. Принц
Original Assignee
Институт физики полупроводников СО РАН
Принц Виктор Яковлевич
Селезнев Владимир Александрович
Принц Александр Викторович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики полупроводников СО РАН, Принц Виктор Яковлевич, Селезнев Владимир Александрович, Принц Александр Викторович filed Critical Институт физики полупроводников СО РАН
Priority to RU95103451A priority Critical patent/RU2112300C1/en
Publication of RU95103451A publication Critical patent/RU95103451A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2112300C1 publication Critical patent/RU2112300C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: microelectronics and nanoelectronics; solid-state devices with characteristic nanometric dimensions of components. SUBSTANCE: when producing protective mask for nanolithography, auxiliary layer is formed under monocrystalline protective layer which is selectively etched under local areas of protective layer meant for producing cuts; voltage concentrators are produced in local areas of layer proper and mechanical stresses are set up to initiate controlled formation of cracks. Protective and auxiliary layers are formed in single procedure while growing solid-state structure. EFFECT: improved characteristics of solid-state devices obtained. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технологии микро- и наноэлектроники и может быть использовано для изготовления защитной маски, необходимой для производства твердотельных приборов с нанометровыми характерными размерами (элементов приборов наноэлектроники, одноэлектроники). The invention relates to the technology of micro- and nanoelectronics and can be used to manufacture a protective mask necessary for the production of solid-state devices with nanometer-specific dimensions (elements of nanoelectronic devices, single-electronics).

Реализация новейших физических принципов в наноэлектронике, в квантовых и одноэлектронных приборах предъявляет самые высокие требования к методам изготовления наноэлементов. Традиционные методы нанолитографии (электронной, ионной) натолкнулись на непреодолимый барьер в разрешении -

Figure 00000002
(Granular Nanoelectronics, Edited by David R.Ferry Series B: Physics Vol. 251 Plenum Press New York and London 1990, pp.67 - 78).The implementation of the latest physical principles in nanoelectronics, in quantum and single-electron devices makes the highest demands on the methods for manufacturing nanoelements. Traditional methods of nanolithography (electronic, ionic) came across an insurmountable barrier in resolution -
Figure 00000002
(Granular Nanoelectronics, Edited by David R. Ferry Series B: Physics Vol. 251 Plenum Press New York and London 1990, pp. 67 - 78).

Наличие такого барьера вызвано прежде всего физическими ограничениями. Это - дифракционные эффекты, эффекты отражения электронного (ионного) пучка от подложки, недостаточная фокусировка и рассеяние электронного пучка и т.д. В течение последних 5 - 7 лет отсутствует заметный прогресс в традиционных методах изготовления наноприборов, поэтому идет активный поиск нестандартных методов. Необходимы маски, не только содержащие окна, рисунки с характерными нанометровыми размерами, но и прежде всего маски с резким переходом от вскрытых окон к защищенным участкам, так как переходной областью решающим образом определяется точность и качество последующего переноса изображения в технологические слои, включая ровность и форму края и т.п. (Жогов С.А., Тимеров Р. Х. Микроэлектроника, т. 22, вып. 6, 1993, с. 59). При переходе к наноразмерам все требования к параметрам существенно ужесточаются. Проблемы микро-и нанолитографии изложены в книге (Моро У. Микролитография. Принципы, методы, материалы. - М.: Мир, 1990). Современной тенденцией нанолитографии является отказ от резистов, переход к безрезистной технологии (там же, с. 1143). The presence of such a barrier is caused primarily by physical limitations. These are diffraction effects, effects of reflection of the electron (ion) beam from the substrate, insufficient focusing and scattering of the electron beam, etc. Over the past 5 - 7 years, there has been no noticeable progress in traditional methods for the manufacture of nanodevices, so an active search for non-standard methods is ongoing. Masks are needed, not only containing windows, patterns with characteristic nanometer sizes, but first of all masks with a sharp transition from open windows to protected areas, since the transition region determines the accuracy and quality of the subsequent transfer of the image to the technological layers, including evenness and shape edges, etc. (Zhogov S.A., Timerov R. Kh. Microelectronics, vol. 22, issue 6, 1993, p. 59). In the transition to nanoscale, all requirements for the parameters are significantly tightened. The problems of micro and nanolithography are described in the book (Moro, W. Microlithography. Principles, methods, materials. - M .: Mir, 1990). The current trend in nanolithography is the rejection of resistors, the transition to non-resistive technology (ibid., P. 1143).

Формирование изображения рисунка в защитном слое или на пленке полупроводника без использования резиста, а только воздействуя локально на них теплом, частицами, химическими реакциями является весьма перспективным в нанолитографии. Image formation of a pattern in a protective layer or on a semiconductor film without using a resist, but only locally acting on them with heat, particles, and chemical reactions, is very promising in nanolithography.

Известен целый ряд способов изготовления защитной маски для микро- и нанолитографии, основанных на безрезистной технологии (Моро У. Микролитография. Принципы, методы, материалы. - М.: Мир, с. 1143 - 1193). Эти способы включают операции нанесения на подложку защитного покрытия и операцию прямого локального удаления защитного покрытия, в результате которой вскрываются окна в маске. К наиболее распространенному способу относится способ (там же, с. 1185 - 1187), включающий формирование на поверхности кремния пленки SiO2 и локальное ее удаление при бомбардировке протонами. К недостаткам способа следует отнести селективность травления, приводящую к образованию нерезкого профиля окон, создаваемых в окисле, и следовательно к ограниченности в разрешении (≈ 50 нм).There are a number of known methods for the manufacture of a protective mask for micro- and nanolithography based on non-transparent technology (Moro W. Microlithography. Principles, methods, materials. - M.: Mir, pp. 1143 - 1193). These methods include operations of applying a protective coating to the substrate and the operation of direct local removal of the protective coating, as a result of which the windows in the mask are opened. The most common method is the method (ibid., Pp. 1185 - 1187), which includes the formation of a SiO 2 film on the silicon surface and its local removal during bombardment by protons. The disadvantages of the method include the selectivity of etching, leading to the formation of an unsharp profile of the windows created in the oxide, and therefore to the limited resolution (≈ 50 nm).

Известен способ изготовления защитной маски нанолитографии (заявка, Франция, 2312856, кл. H 01 L 21/308, 1977). Способ травления краев и структура для получения узких отверстий, выходящих на поверхность и включающий:
1) изготовление на поверхности твердого тела маскирующего слоя из двух различных пленок, которые покрывают соседние участки пластины и плотно контактируют между собой на месте создания отверстия в маске. Для этого на поверхность подложки наносят первый слой, который частично удаляется с помощью фотолитографии так, что на местах будущих отверстий располагаются ровные края первого слоя маски;
2) изготовление на вскрытых участках подложки второго маскирующего слоя, примыкающего своими краями к первому;
3) проведение селективного травления так, чтобы получить смещенный край первого слоя и вскрытое узкое отверстие до подложки между маскирующими слоями. Это отверстие при дальнейших операциях служит для получения элементов твердотельных приборов с малыми размерами. Например, напылением на структуру пленки металла с последующим удалением маски по методу взрыва можно получить узкие полоски металла на подложке. При подтравливании или легировании подложки сквозь отверстия в маске, последнюю можно использовать вторично для получения нового рисунка, самосовмещенного с первым. Для этого нужно повторить селективное травление 1-го маскирующего слоя и вызвать новое смещение его края, т.е. изменить ширину отверстия - щели.
A known method of manufacturing a protective mask of nanolithography (application, France, 2312856, CL H 01 L 21/308, 1977). The method of etching the edges and structure to obtain narrow holes that extend to the surface and including:
1) the manufacture on the surface of a solid body of a masking layer of two different films that cover adjacent sections of the plate and tightly contact each other at the place of creation of the holes in the mask. To do this, the first layer is applied to the surface of the substrate, which is partially removed using photolithography so that even the edges of the first layer of the mask are located at the places of future holes;
2) the manufacture in exposed sections of the substrate of the second masking layer adjacent to the first with its edges;
3) conducting selective etching so as to obtain a biased edge of the first layer and an open narrow hole to the substrate between the mask layers. This hole during further operations serves to obtain elements of solid-state devices with small sizes. For example, by spraying the structure of a metal film with subsequent removal of the mask by the explosion method, narrow strips of metal on the substrate can be obtained. When etching or doping the substrate through the holes in the mask, the latter can be used a second time to obtain a new pattern, self-aligned with the first. To do this, repeat the selective etching of the 1st masking layer and cause a new displacement of its edge, i.e. change the width of the hole - the gap.

Данный способ позволяет получить в маске отверстия субмикронных размеров без использования электронной литографии. Заметим, что это, в частности, обеспечивается хорошим контактом первого слоя маски со вторым на их стыке (перед селективным травлением). Такой контакт нельзя получить путем напыления второго слоя на первый, так как для удаления 2-го слоя с нижележащего необходимо применить сверхвысокоточную литографию. Поэтому второй слой можно изготовить только из материала подложки, подвергая ее участки, незакрытые первым слоем маски, какой-либо химической обработке, при которой образуется тонкая защитная пленка, точно контактирующая с первым слоем маски. Наиболее просто этот способ реализуется на кремнии, когда 1-м слоем служит пленка Si3N4, а вторым - пленка SiO2, получаемая окислением кремния в открытых окнах маски Si3N4. Здесь обеспечивается и хороший контакт обоих слоев и селективность травления.This method allows to obtain submicron-sized holes in the mask without the use of electronic lithography. Note that this, in particular, is ensured by good contact of the first layer of the mask with the second at their junction (before selective etching). Such contact cannot be obtained by sputtering the second layer on the first, since to remove the 2nd layer from the underlying layer, ultra-high-precision lithography must be applied. Therefore, the second layer can be made only of the substrate material, exposing its parts, not covered by the first layer of the mask, to any chemical treatment, in which a thin protective film is formed that precisely contacts the first layer of the mask. This method is most simply implemented on silicon, when the Si 3 N 4 film is the first layer and the SiO 2 film is the second layer, obtained by oxidation of silicon in the open windows of the Si 3 N 4 mask. This ensures both good contact between both layers and selectivity of etching.

Но в случае других полупроводниковых подложек трудно найти такие подходящие химические реакции, которые обеспечивали бы формирование защитных пленок, выполняющих роль 2-го слоя маски. Поэтому недостатком данного способа является отсутствие универсальности и наличие ограничений, накладываемых на материал подложки. But in the case of other semiconductor substrates, it is difficult to find such suitable chemical reactions that would ensure the formation of protective films acting as the 2nd layer of the mask. Therefore, the disadvantage of this method is the lack of versatility and the presence of restrictions imposed on the substrate material.

Вторым существенным недостатком данного способа является невозможность получения отверстий с нанометровыми размерами и ровными краями, что связано с неоднородностью процесса травления. Последнее обусловлено совокупностью факторов: механическими напряжениями, связанными с краевыми эффектами, структурной и химической неоднородностью самой пленки и дефектами, наследуемыми от подложки. Неоднородность процесса травления приводит также к существенному разбросу размеров отверстий, вытравливаемых в маскирующем слое. Нерезкость и неровность краев создаваемых травлением окон в маске, невозможность формирования окон с размерами ≈ нм являются основными недостатками способа. The second significant drawback of this method is the inability to obtain holes with nanometer sizes and even edges, which is associated with the heterogeneity of the etching process. The latter is due to a combination of factors: mechanical stresses associated with edge effects, structural and chemical heterogeneity of the film itself, and defects inherited from the substrate. The heterogeneity of the etching process also leads to a significant scatter in the size of the holes etched in the masking layer. The blurring and unevenness of the edges created by etching the windows in the mask, the inability to form windows with sizes of ≈ nm are the main disadvantages of the method.

Известен способ защитной маски для нанолитографии (субмикроннной литографии) (M. Lepselter, патент США N 3442701 (1969) Bell; патент США N, 3867148 (1975) Westinghouse, G. Kammlott W. Sinclair. J. Electrochem. Soc. 121. 929 (1974); (Моро У. Микролитография. М.: Мир, 1990, с. 1182 - 1185), включающий нанесение на подложку защитной пленки и формирование рисунка и вскрытие окон в пленке с помощью электронно-стимулированного травления. A known method of a protective mask for nanolithography (submicron lithography) (M. Lepselter, US patent N 3442701 (1969) Bell; US patent N, 3867148 (1975) Westinghouse, G. Kammlott W. Sinclair. J. Electrochem. Soc. 121. 929 (1974); (Moro W. Microlithography. M: Mir, 1990, pp. 1182 - 1185), including applying a protective film to the substrate and forming a pattern and opening windows in the film using electron-stimulated etching.

Защитной пленкой может служить SiO2, Al, Al2O3, TiO, FeO3, Si3N4, Si; травителями HF, NaOH, HCl, N2. Недостатком этого способа является невозможность получения резких краев в формируемых окнах. Облученная область травится быстрее, однако коэффициент селективности травления не превышает 10 раз, что и приводит к образованию нерезких краев рисунка. Степень фокусировки электронного луча ограничена. В лучших, весьма дорогостоящих системах, удается достичь 10 нм. Основным недостатком является также требуемая доза облучения (≈104 Кл/см2) и наличие обратного рассеяния. К недостатку следует отнести и образование радиационных дефектов в активных слоях основной структуры, возникающих в процессе электронно-стимулированного травления.The protective film may be SiO 2 , Al, Al 2 O 3 , TiO, FeO 3 , Si 3 N 4 , Si; etchants HF, NaOH, HCl, N 2 . The disadvantage of this method is the inability to obtain sharp edges in the formed windows. The irradiated region is etched faster, however, the etch selectivity coefficient does not exceed 10 times, which leads to the formation of unsharp edges of the pattern. The degree of focusing of the electron beam is limited. In the best, very expensive systems, it is possible to reach 10 nm. The main disadvantage is the required dose of radiation (≈10 4 C / cm 2 ) and the presence of backscattering. A disadvantage is the formation of radiation defects in the active layers of the basic structure arising in the process of electronically stimulated etching.

Таким образом, описанные выше способы изготовления защитных масок имеют следующие основные недостатки: а) не позволяют изготовить маски с минимальными размерами окон < 10 нм; б) не позволяют изготовить в защищенном слое окна с резкими краями. Thus, the above-described methods for the manufacture of protective masks have the following main disadvantages: a) they do not allow the manufacture of masks with minimum window sizes <10 nm; b) they do not allow windows with sharp edges to be made in the protected layer.

Эти недостатки присущи и другим известным из литературы способам. These disadvantages are inherent in other methods known from the literature.

Технический результат изобретения - создание защитной маски для нанолитографии, способной иметь окна с характерными размерами нм и атомно-резкими краями. The technical result of the invention is the creation of a protective mask for nanolithography, capable of having windows with characteristic dimensions of nm and atomically sharp edges.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления защитной маски для нанолитографии, включающем формирование защитного слоя на поверхности технологической твердотельной структуры, изготовление в нем окон, вскрывающих поверхность твердотельной структуры, под защитным монокристаллическим слоем формируют вспомогательный слой, который селективно вытравливают под локальными областями защитного слоя, предназначенными для формирования окон, а в самих локальных областях изготавливают концентраторы механических напряжений и создают механические напряжения, приводящие к контролируемому трещинообразованию. Защитный и вспомогательный слой формируют в едином технологическом процессе при выращивании твердотельной структуры. The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a protective mask for nanolithography, including the formation of a protective layer on the surface of the technological solid-state structure, the manufacture of windows opening the surface of the solid-state structure in it, an auxiliary layer is formed under the protective single-crystal layer, which is selectively etched under local areas of the protective layer designed for the formation of windows, and in the local areas themselves they produce concentrators of mechanical stress and create mechanical stresses leading to controlled crack formation. The protective and auxiliary layer is formed in a single technological process when growing a solid-state structure.

На фиг. 1 схематично изображена простейшая исходная структура (1 - защитный слой GaAs, 2 - вспомогательный слой AlAs, 3 - подложка GaAs); на фиг. 2 -структура, в локальных областях которой вытравлен слой AlAs, а в лежащем на этих областях защитном слое GaAs изготовлены окна - щели; на фиг. 3 - структура, в которой трещины введены по краю локальной области (треугольной), из которой удален слой AlAs, а образовавшаяся в результате этого область защитного слоя удалена и обнажена подложка; на фиг. 4 - маска GaAs, содержащая окна - щели, снята с подложки после селективного удаления слоя AlAs по всей площади структуры. Маска готова для исследований на высокоразрешающем электронном микроскопе. In FIG. 1 schematically shows the simplest initial structure (1 — GaAs protective layer, 2 — AlAs auxiliary layer, 3 — GaAs substrate); in FIG. 2-structure, in the local areas of which the AlAs layer is etched, and in the GaAs protective layer lying on these areas, windows are made - gaps; in FIG. 3 is a structure in which cracks are introduced along the edge of the local region (triangular) from which the AlAs layer is removed, and the resulting protective region region is removed and the substrate is exposed; in FIG. 4 - GaAs mask containing slit windows is removed from the substrate after selective removal of the AlAs layer over the entire area of the structure. The mask is ready for research on a high-resolution electron microscope.

В основе способа лежат экспериментально установленные нами возможности управляемого введения в тонкий (1 мкм - 10 нм) слой монокристаллического твердого тела (полупроводника, например) трещин с атомно-резкими краями. Если эти монокристаллические слои использовать в качестве масок, то трещины будут играть роль окон в маске, через которые можно производить модификацию свойства лежащих под ними технологических слоев структуры. Следует еще раз обратить внимание, что в субмикронной и нанолитографии необходимо обращать внимание на резкость границы, на профиль перехода от открытого окна к маскирующим областям. По-видимому, трещинообразование - единственный способ получения атомно-резких границ у окна в маске. В основе трещинообразования лежит разрыв атомных связей в локальной области вещества - в вершине трещины, в которой концентрируются механические напряжения. Механизм трещинообразования еще полностью не ясен, однако приведенные ниже результаты свидетельствуют об уникальных свойствах трещин в монокристаллических веществах, где атомы расположены в строго заданных местах и в которых трещинообразование может идти при комнатных температурах. Приведенные ниже результаты свидетельствуют о том, что возможно образование идеально ровной, протяженной трещины с расстоянием между берегами до 10 -

Figure 00000003
. Получение окон - щелей с такими размерами другими методами невозможно. Для реализации данных представлений о свойствах трещин в маске, необходимой для изготовления нанообъектов, требуется прежде всего:
а) управлять параметрами трещин;
б) вводить трещины в маскирующий слой так, чтобы не воздействовать на основную технологическую структуру.The method is based on the experimentally established possibilities of controlled introduction of cracks with atomically sharp edges into a thin (1 μm - 10 nm) layer of a single-crystal solid (semiconductor, for example). If these single-crystal layers are used as masks, then the cracks will play the role of windows in the mask through which it is possible to modify the properties of the technological layers of the structure underlying them. It should be noted once again that in submicron and nanolithography it is necessary to pay attention to the sharpness of the boundary, to the profile of the transition from an open window to masking areas. Apparently, crack formation is the only way to obtain atomically sharp boundaries at the masked window. The crack formation is based on the breaking of atomic bonds in the local region of matter - at the top of the crack, in which mechanical stresses are concentrated. The mechanism of crack formation is not yet completely clear, however, the results below indicate the unique properties of cracks in single-crystal materials, where atoms are located in strictly specified places and in which crack formation can occur at room temperature. The results below indicate that it is possible to form a perfectly even, extended crack with a distance between banks of up to 10 -
Figure 00000003
. Obtaining windows - slots with such dimensions by other methods is impossible. To realize these ideas about the properties of cracks in the mask, necessary for the manufacture of nano-objects, it is necessary first of all:
a) manage the parameters of the cracks;
b) introduce cracks in the masking layer so as not to affect the main technological structure.

Трещины распространяются в твердом теле со скоростью звука и в общем-то неуправляемы. В настоящем способе эти противоречия решаются следующим образом. Cracks propagate in a solid at the speed of sound and are generally uncontrollable. In the present method, these contradictions are solved as follows.

1. Задают, определяют область, в которой может распространяться трещина, изменяя последовательно, прицизионно размеры этой области, управляют длиной трещины. 1. Ask, determine the area in which the crack can propagate, changing successively, with precision the dimensions of this area, control the length of the crack.

2. Задавая условия трещинообразования, трещины направляют или по контуру заданной области, или по прямой внутри данной области, концентрируя напряжения вдоль заданного направления. 2. Setting the conditions of crack formation, the cracks are directed either along the contour of a given region, or in a straight line inside a given region, concentrating stresses along a given direction.

3. Ширина трещин задается выбором толщины слоя маски или специальным введением сил, изгибающих маску вблизи трещины и тем самым раздвигающих ее берега. 3. The width of the cracks is determined by the choice of the thickness of the mask layer or by the special introduction of forces bending the mask near the crack and thereby pushing its sides.

Проверка данного способа была осуществлена на целой серии полупроводниковых структур A3B5 на основе GaAs, AlAs, InP, InAs, InSb и (A2B6) CdHgTe.The verification of this method was carried out on a series of semiconductor structures A 3 B 5 based on GaAs, AlAs, InP, InAs, InSb and (A 2 B 6 ) CdHgTe.

Рассмотрим простейший пример выполнения способа фиг. 1. При выращивании основной структуры GaAs (полуизолирующая подложка - эпитаксиальная пленка) дополнительно, в едином цикле роста, наращивался слой AlAs толщиной

Figure 00000004
- вспомогательный слой маски и слой GaAs (0,1 мкм) - основной защитный слой маски. В полученной структуре, в локальных областях поверхности основного слоя маски с помощью традиционной литографии или с помощью идентора формировались тонкие отверстия (1 мкм). Структура помещалась в травитель, (HE : H2O (1:4)) (E. Yablonovith at al Appl. Phys. Lett 51 (26) 1987, p. 2222 - 2224), растворяющий AlAs и не воздействующий на GaAs. Травитель, проникая через отверстия к вспомогательному слою (AlAs), селективно вытравливал этот слой вокруг отверстия. В результате этого образовались локальные области защитного слоя, не связанные с подложкой (мембраны). Процесс формирования окон в этих областях защитного слоя осуществлялся путем:
а) генерации прямой трещины,
б) генерации трещины, распространяющейся по контуру вдоль края вытравленной AlAs области.Consider the simplest embodiment of the method of FIG. 1. During the growth of the main GaAs structure (semi-insulating substrate - epitaxial film), an additional AlAs layer was thickened additionally in a single growth cycle
Figure 00000004
- auxiliary mask layer and GaAs layer (0.1 μm) - the main protective layer of the mask. In the resulting structure, in the local areas of the surface of the main layer of the mask, thin holes (1 μm) were formed using traditional lithography or using an identifier. The structure was placed in an etchant, (HE: H 2 O (1: 4)) (E. Yablonovith at al Appl. Phys. Lett 51 (26) 1987, p. 2222 - 2224), which dissolves AlAs and does not affect GaAs. The etchant, penetrating through the holes to the auxiliary layer (AlAs), selectively etched this layer around the hole. As a result of this, local regions of the protective layer were formed that were not connected with the substrate (membranes). The process of forming windows in these areas of the protective layer was carried out by:
a) direct crack generation,
b) the generation of a crack propagating along the contour along the edge of the etched AlAs region.

Для осуществления первого варианта необходимо было в верхнем защитном слое маски сформировать концентратор напряжения, указывающий направление распространения трещины от отверстия в радиальном направлении. Для этого у края отверстия с помощью литографии или идентора формировались "насечки" - концентраторы механических напряжений, у которых начинался процесс трещинообразования после приложения внешних сил к локальным областям защитного слоя, не связанным с подложкой. Механические напряжения в данные области могли вводиться и в процессе последовательного травления вспомогательного слоя AlAs (или в результате давления газа, образующегося во время травления в вытравливаемой полости или другими способами, например, используя электростатические силы, возникающие при создании электрического поля между слоем и внешним электродом). To implement the first option, it was necessary to form a stress concentrator in the upper protective layer of the mask, indicating the direction of propagation of the crack from the hole in the radial direction. For this purpose, “notches” —concentrators of mechanical stresses — were formed at the edge of the hole using lithography or an identifier, in which the cracking process began after the application of external forces to local areas of the protective layer that were not connected to the substrate. Mechanical stresses in these areas could also be introduced during sequential etching of the AlAs auxiliary layer (or as a result of gas pressure generated during etching in the etched cavity or in other ways, for example, using electrostatic forces arising from the creation of an electric field between the layer and the external electrode) .

Эти вводимые механические напряжения вызывали распространение трещин в направлении, заданном концентраторами напряжений. Трещина росла по мере увеличения площади растравливаемой области. Проникнуть за эту область трещина не могла, так как за этой областью верхний слой маски был связан с подложкой и механические напряжения там отсутствовали. Проверка результатов формирования окон - щелей в защитном слое нами выполнялось после снятия с подложки всего слоя путем измерения его в просвечивающем электронном микроскопе высокого разрешения. These introduced mechanical stresses caused the propagation of cracks in the direction specified by stress concentrators. The crack grew as the area of the etched area increased. The crack could not penetrate this region, since behind this region the upper layer of the mask was connected with the substrate and there were no mechanical stresses there. We checked the results of the formation of windows - gaps in the protective layer after removing the entire layer from the substrate by measuring it in a high resolution transmission electron microscope.

При снятии защитного слоя с подложки дотравливание вспомогательного слоя AlAs осуществлялось в травителе HF : H2O (1:10) при 0oC, который обеспечивал медленное травление без введения механических напряжений в снимаемый слой.When removing the protective layer from the substrate, etching of the AlAs auxiliary layer was carried out in an etchant HF: H 2 O (1:10) at 0 ° C, which provided slow etching without introducing mechanical stresses into the removable layer.

Для формирования в локальных областях защитного слоя окон большой площади с резкими краями трещины распространялись по контуру вдоль края вытравленной AlAs области. Для осуществления этого использовался концентратор механических напряжений, который самоформировался по границе вытравленной области, т. е. сама граница и представляла собой концентратор. При приложении давления к защитному слою, покрывающему вытравленную область, образовывалась трещина, которая пробегала по краю этой области, после чего вырезанная трещиной область защитного слоя удалялась, обнажая подложку. In order to form large area windows with sharp edges in local areas of the protective layer, cracks propagated along the contour along the edge of the etched AlAs region. To accomplish this, a stress concentrator was used, which self-formed along the boundary of the etched region, i.e., the boundary itself was a concentrator. When pressure was applied to the protective layer covering the etched region, a crack formed that ran along the edge of this region, after which the region of the protective layer cut out by the crack was removed, exposing the substrate.

Проверка способа была осуществлена на целой серии более сложных структур. Маски с трещинами - щелями заданного направления и распространяющиеся по заданной кривой были изготовлены на структурах, содержащих стандартную структуру для HEMT - транзисторов (i - GaAs: буферный слой GaAs, спейсер Al0,3Ga0,7As, легированный слой Al0,3Ga0,7As, слой GaAs) с выращенными на ней вспомогательным слоем AlAs толщиной

Figure 00000005
и защитным слоем маски GaAs толщиной
Figure 00000006
. Никаких принципиальных отличий в осуществлении метода не возникало при толщинах вспомогательных AlAs слоев в структуре, изменяющихся от 20 до
Figure 00000007
, то же самое можно утверждать и о толщинах GaAs слоев, изменяющихся в диапазоне от 150 до
Figure 00000008
.Testing of the method was carried out on a series of more complex structures. Masks with cracks - slits predetermined direction and extending along a given curve have been made on structures having a standard structure for a HEMT - transistors (i - GaAs: buffer layer of GaAs, a spacer Al 0,3 Ga 0.7 As, the layer doped with Al 0,3 Ga 0.7 As, GaAs layer) with an auxiliary AlAs layer grown on it
Figure 00000005
and a protective layer of a GaAs mask thick
Figure 00000006
. No fundamental differences in the implementation of the method arose with thicknesses of auxiliary AlAs layers in the structure varying from 20 to
Figure 00000007
, the same can be said about the thicknesses of GaAs layers, varying in the range from 150 to
Figure 00000008
.

Проверкой было установлено, что все вышесказанное распространяется и на структуры соединений A3B5 на основе InP. Защитным слоем маски служил слой InP толщиной ≈ 0,1 мкм, а вспомогательным - псевдоморфный слой AlAs толщиной

Figure 00000009
. Выполненные нами эксперименты показали, что необходимые для реализации способа пары AlAs-GaAs, AlAs-InP не являются единственными в природе. Пригодными для формирования масок предлагаемым способом являются пары CdHgTe-GaAs, ZnSe-GaAs, Si3N4-Ge.By checking, it was found that all of the above applies to the structure of compounds A 3 B 5 based on InP. The mask protective layer was an InP layer ≈ 0.1 μm thick, and the auxiliary layer was a pseudomorphic AlAs layer thick
Figure 00000009
. Our experiments have shown that the pairs AlAs-GaAs, AlAs-InP necessary for the implementation of the method are not unique in nature. Suitable for the formation of masks of the proposed method are pairs of CdHgTe-GaAs, ZnSe-GaAs, Si 3 N 4 -Ge.

В сравнении с прототипом предлагаемый способ имеет ряд преимуществ, а именно:
по предлагаемому способу можно создавать маски с ультратонкими окнами - щелями. По-существу создавать окна атомных размеров с атомно-резкими краями. Полученные результаты - ширина управляемо введенных окон

Figure 00000010
- не возможно получить какой-либо известной технологией;
предлагаемый способ не имеет недостатков, связанных с радиационным воздействием на структуру;
получение в маске окон с атомно-резкими краями открывает возможность создания уникальных сверхмалых объектов при использовании технологии самосовмещения. Сопоставимый анализ показывает, что заявленный способ отличается от способа - прототипа как механизмом формирования окон в маске, материалами, так и свойствами самой маски.In comparison with the prototype, the proposed method has several advantages, namely:
according to the proposed method, you can create masks with ultrathin windows - slots. Essentially create windows of atomic dimensions with atomically sharp edges. The results are the width of the managed windows.
Figure 00000010
- it is not possible to get any known technology;
the proposed method does not have the disadvantages associated with radiation exposure to the structure;
obtaining windows with atomically sharp edges in the mask opens up the possibility of creating unique ultra-small objects using self-alignment technology. A comparable analysis shows that the claimed method differs from the method - the prototype as the mechanism for the formation of windows in the mask, materials, and the properties of the mask itself.

Сравнение данного технического решения с другими техническими решениями показывает, что признаки, отличающие заявленное решение от известных, являются новыми, так как не известны способы создания защитных масок, использующие контролируемое трещинообразование в локальных областях ненапряженного слоя маски (слой не содержит внутренних напряжений). A comparison of this technical solution with other technical solutions shows that the features that distinguish the claimed solution from the known ones are new, since methods for creating protective masks using controlled cracking in local areas of the unstressed mask layer are not known (the layer does not contain internal stresses).

Данная маска, безусловно, может быть применена для формирования сверхмалых элементов твердотельных приборов будущего. Способ сравнительно легко реализуется, не требует наличия дорогостоящего оборудования, легко состыкуется со стандартными методами литографии при групповом производстве нанообъектов. Полученные этим способом минимальные характерные размеры окон в маске невозможно получить другими известными методами. This mask, of course, can be used to form ultra-small elements of solid-state devices of the future. The method is relatively easy to implement, does not require expensive equipment, easily fits in with standard lithography methods for batch production of nano-objects. Obtained in this way the minimum characteristic size of the windows in the mask cannot be obtained by other known methods.

Claims (2)

1. Способ изготовления защитной маски для нанолитографии, включающий формирование защитного слоя на поверхности технологической твердотельной структуры, изготовление в нем окон, вскрывающих поверхность твердотельной структуры, отличающийся тем, что под защитным монокристаллическим слоем формируют вспомогательный слой, который селективно вытравливают под локальными областями защитного слоя, предназначенными для формирования окон, а в самих локальных областях слоя изготавливают концентраторы механических напряжений и создают механические напряжения, приводящие к контролируемому трещинообразованию. 1. A method of manufacturing a protective mask for nanolithography, including the formation of a protective layer on the surface of the technological solid state structure, the manufacture of windows opening the surface of the solid state structure in it, characterized in that an auxiliary layer is formed under the protective single-crystal layer, which is selectively etched under local areas of the protective layer, intended for the formation of windows, and in the local regions of the layer themselves they produce concentrators of mechanical stresses and create a mechanical stresses leading to controlled cracking. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что защитный и вспомогательный слои формируют в едином технологическом процессе при выращивании твердотельной структуры. 2. The method according to claim 1, characterized in that the protective and auxiliary layers are formed in a single technological process when growing a solid-state structure.
RU95103451A 1995-03-10 1995-03-10 Protective mask manufacturing process for nanolithography RU2112300C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95103451A RU2112300C1 (en) 1995-03-10 1995-03-10 Protective mask manufacturing process for nanolithography

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95103451A RU2112300C1 (en) 1995-03-10 1995-03-10 Protective mask manufacturing process for nanolithography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95103451A RU95103451A (en) 1997-01-10
RU2112300C1 true RU2112300C1 (en) 1998-05-27

Family

ID=20165504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95103451A RU2112300C1 (en) 1995-03-10 1995-03-10 Protective mask manufacturing process for nanolithography

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2112300C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2. Моро У. Микролитография. - М.: Мир, 1990, с. 1182 - 1185. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU95103451A (en) 1997-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107170813B (en) Hole type semiconductor electric control quantum dot device and preparation and use methods thereof
JPH0136250B2 (en)
US4499119A (en) Method of manufacturing super-conductive tunnel junction devices with precise junction area control
JPH03296284A (en) Superconductive element and manufacture thereof
RU2112300C1 (en) Protective mask manufacturing process for nanolithography
JPS6031909B2 (en) Etching method
US20050139819A1 (en) Process for fabricating nanoelectronic device by intermittent exposure
JP4042893B2 (en) Processing method of Si semiconductor microstructure by ion beam implantation lithography of inorganic multilayer resist
Wada et al. The use of a Si-based resist system and Ti electrode for the fabrication of sub-10 nm metal-insulator-metal tunnel junctions
JPH022175A (en) Manufacture of thin film transistor
RU2094902C1 (en) Method for producing submicron and nanometer components of solid-state devices
Heuberger et al. Open silicon stencil masks for demagnifying ion projection
JP2949706B2 (en) Method of forming resist pattern
JP2899542B2 (en) Method of manufacturing transfer mask
JP4813675B2 (en) Method for forming fine pattern
KR100346778B1 (en) Fabrication method for multi-junction single electron transistor by metal evaporation
JPS5814577A (en) Manufacture of field effect type semiconductor device
JPS626649B2 (en)
Gorwadkar et al. SiO2/c-Si bilayer electron-beam resist process for nano-fabrication
JP2705187B2 (en) Semiconductor element manufacturing method
JPH0845962A (en) Manufacture of semiconductor device
JPS5923565A (en) Manufacture of semiconductor device
WO2003054973A1 (en) Light receiving element and light receiving device incorporating circuit and optical disc drive
JP3067132B2 (en) Method of forming resist pattern
JPH0246740A (en) Formation of gate electrode

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090311